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第一章 操作系统概论1

1.1 操作系统是什么与为什么1

1.1.1 引言：你所用过的操作系统1

1.1.2 操作系统是什么与做什么4

1.1.3 操作系统的规模、数量与重要性8

1.2 操作系统如何工作9

1.2.1 操作系统的第一个工作：负责所有程序的启动和结束9

1.2.2 操作系统的第二个工作：用户程序中对操作系统的调用——系统调用和中断18

1.2.3 操作系统的第三个工作：为常用基本操作提供现成实用程序28

1.2.4 操作系统的第四个工作：解决效率和安全问题——并发技术等29

1.3 从各种角度看操作系统36

1.3.1 操作系统的结构36

1.3.2 操作系统的接口39

1.3.3 操作系统的工作过程40

1.3.4 操作系统的特点40

1.3.5 操作系统的类型41

1.3.6 操作系统的各种别名、比方和观点41

1.4 操作系统发展简史42

1.4.1 操作系统出现以前的计算机使用方式：手工交互和手工批处理43

1.4.2 操作系统的产生与第一代操作系统：单任务自动批处理48

1.4.3 第二代操作系统：多任务和多方式51

1.4.4 第三代操作系统：软件工程和小型化54

1.4.5 第四代操作系统：开放系统和并行分布55

1.4.6 操作系统发展规律小结57

1.5 目前常用操作系统简介59

1.5.1 微软操作系统产品：Windows系列及MS DOS59

1.5.2 UNIX大家庭：Solaris，AIX，HP UX，SVR4，BSD65

1.5.3 自由软件中的操作系统：Linux和freeBSD等71

1.5.4 IBM操作系统产品：AIX、zOS(OS/390)、OS/2、OS/400、PC DOS等79

1.5.5 其他常用操作系统：Mac OS和NetWare等81

1.6 本章小结81

习题81

第二章 处理机管理83

2.1 处理机管理概述83

2.1.1 处理机硬件使用特性83

2.1.2 处理机硬件使用特性实例分析(1)：Intel x86/Pentium系列CPU84

2.1.3 处理机硬件使用特性实例分析(2)：MIPS R4000 CPU100

2.1.4 用户对处理机的使用要求和操作系统处理机管理功能的工作任务104

2.2 进程模型106

2.2.1 进程三态转换分析107

2.2.2 进程模型实现机制110

2.2.3 专题：可抢先、不可抢先、完全可抢先113

2.2.4 专题：进程调度算法115

2.3 进程模型实例分析(1)：UNIX进程模型117

2.3.1 UNIX关于建立进程和终止进程的用户界面118

2.3.2 UNIX进程层次和初启过程120

2.3.3 UNIX进程模型的基本结构和工作过程122

2.3.4 例析：shell和fork的内部工作过程124

2.4 进程模型实例分析(2)：Linux进程模型126

2.4.1 Linux进程模型功能特点、用户界面和实现机制总瞰126

2.4.2 Linux初始过程和进程层次129

2.4.3 Linux进程表和任务结构130

2.4.4 Linux进程状态133

2.4.5 Linux中断处理机制134

2.4.6 Linux进程调度算法136

2.5 线程模型139

2.5.1 引言和背景：进程模型在处理“同时多请求”时的效率局限性139

2.5.2 线程的概念和基本工作原理140

2.5.3 线程的作用141

2.5.4 线程模型的使用界面142

2.5.5 线程的划分和组织模型144

2.5.6 线程(包)的实现：用户态线程和核心态线程(线程包的用户空间实现和核心空间实现)145

2.6 线程模型实例分析(1)：Solaris进程和线程模型147

2.6.1 用户态线程、LWP、核心线程在Solaris中的具体含义147

2.6.2 Solaris线程模型的设计目标和实现机制总瞰149

2.7 线程模型实例分析(2)：Windows 2000/NT进程和线程模型151

2.7.1 Windows 2000/NT进程和线程模型总述151

2.7.2 Windows 2000/NT中进程的实现151

2.7.3 Windows 2000/NT中线程的实现153

2.7.4 调度算法154

2.8 作业管理154

2.8.1 概述、实际应用背景与必要性154

2.8.2 作业管理实例分析(一)：UNIX/Linux shell157

2.8.3 作业管理实例分析(二)：NQS和DQS158

2.8.4 作业管理界面综述：作业输入方式、作业控制说明书、作业控制语言159

2.8.5 作业管理内部实现机制综述：JCB、井和作业调度159

2.8.6 关于作业与程序启动方式的关系160

习题160

第三章 内存管理162

3.1 内存管理概述162

3.1.1 内存概念、作用、性能指标和计算机存储层次162

3.1.2 内存硬件使用特性：微观角度(指令级)和宏观角度(程序级)164

3.1.3 用户对内存的使用要求171

3.1.4 内存管理的功能和任务173

3.2 连续模式178

3.2.1 无管理模式、覆盖技术和动态装入技术178

3.2.2 单一分区模式和交换技术181

3.2.3 固定分区模式和多道技术184

3.2.4 可变分区模式和动态存储分配技术188

3.3 不连续模式之一：页模式194

3.3.1 实存页模式的基本工作过程与结构195

3.3.2 虚存页模式的基本工作过程和结构199

3.3.3 页式实现专题讨论(1)：虚存概念和作用201

3.3.4 页式实现专题讨论(2)：进程页表的实现——快表、页表页和页目录201

3.3.5 页式实现专题讨论(3)：大而稀疏内存使用208

3.3.6 页式实现专题讨论(4)：页分配策略——请求调页、预先调页和写时复制209

3.3.7 页式实现专题讨论(5)：页长和页簇化211

3.3.8 页式实现专题讨论(6)：页淘汰策略、工作集理论和颠簸212

3.3.9 页式实现专题讨论(7)：盘交换区管理214

3.3.10 页模式评价、实际系统采用情况和本节小结216

3.4 不连续模式之二/三：段模式和段页式217

3.4.1 段模式定义和用户内存观点217

3.4.2 段模式的基本工作过程与结构219

3.4.3 段模式实现策略专题讨论223

3.4.4 段模式的评价与实际系统采用情况225

3.4.5 段页式227

3.5 内存管理实例分析229

3.5.1 CPU对内存管理的硬件支持实例分析：Intel x86/Pentium系列CPU和MIPS229

3.5.2 Windows 2000/NT内存管理239

3.5.3 Linux内存管理255

3.6 本章总结257

3.6.1 四空间模型258

3.6.2 本章小结260

习题262

第四章 外存管理和文件系统264

4.1 外存管理和文件系统概述265

4.1.1 外存硬件接口特性265

4.1.2 用户对外存的使用要求275

4.1.3 从文件定义看文件系统的界面高度和工作任务276

4.2 文件系统用户界面281

4.2.1 文件级界面：文件属性和文件操作281

4.2.2 目录级界面：目录(树)和链接284

4.2.3 文件子系统级用户界面288

4.3 文件的实现296

4.3.1 连续分配背景下的讨论297

4.3.2 不连续分配背景下的讨论309

4.3.3 各种分配策略在实际系统中的采用情况和综合优化情况320

4.4 目录的实现322

4.4.1 目录树结构的实现：目录文件方法322

4.4.2 硬链接的实现：设备目录与文件目录的分离325

4.4.3 符号链接的实现331

4.5 文件子系统的实现333

4.5.1 文件子系统实现机制总述333

4.5.2 Windows个人系列和DOS的文件子系统实现机制(单类型文件子系统)334

4.5.3 UNIX早期版本的文件子系统实现机制(单类型文件子系统)336

4.5.4 Linux、SVR4和Solaris的文件子系统实现机制(多类型文件子系统)337

4.6 文件系统性能改善机制339

4.6.1 物理地址与存取单位的优化340

4.6.2 文件打开与关闭技术341

4.6.3 文件共享341

4.6.4 当前目录结构和名字快速缓存344

4.6.5 内存缓冲区与缓冲池346

4.6.6 磁臂调度技术347

4.6.7 其他技术概述351

4.6.8 文件系统的安全性和可靠性353

4.7 文件系统实例分析354

4.7.1 Windows个人系列和DOS的文件系统——FAT文件系统354

4.7.2 UNIX s5文件系统357

4.7.3 UNIX SVR4文件系统——UFS(FFS)358

4.7.4 Linux文件系统359

4.7.5 Windows 2000/NT文件系统363

4.8 本章总结和有关文件系统模型371

习题372

第五章 设备管理375

5.1 设备管理概述376

5.1.1 计算机外部设备的定义与分类376

5.1.2 设备硬件接口特性379

5.1.3 用户对设备的使用要求390

5.1.4 操作系统设备管理功能的任务392

5.2 早期设备管理实例分析393

5.2.1 传统UNIX设备管理393

5.2.2 DOS设备管理402

5.3 操作系统设备管理功能实现原理通述403

5.3.1 用户界面通述403

5.3.2 内部结构与过程通述404

5.3.3 速度匹配专题讨论(1)：设备完成技术、同步和异步I/O410

5.3.4 速度匹配专题讨论(2)：缓冲技术413

5.3.5 设备分配与共享技术专题讨论：独占、共享和虚拟设备415

5.3.6 速度匹配专题讨论(3)：联机、脱机和假脱机技术417

5.3.7 非编程I/O技术专题讨论：DMA、通道等418

5.3.8 设备驱动程序425

5.3.9 操作系统设备管理功能与其他功能间的关系426

5.4 现代设备管理实例分析428

5.4.1 Windows 2000/NT设备管理428

5.4.2 Linux设备管理429

5.5 本章小结431

习题431

第六章 进程通信433

6.1 进程通信概述433

6.2 进程互斥和同步机制435

6.2.1 基本的硬件机制435

6.2.2 软件的忙等互斥方案437

6.2.3 软件非忙等互斥方案：信号量440

6.2.4 由程序设计语言支持的进程互斥机制：管程441

6.2.5 信号442

6.2.6 本节小结及其他互斥和同步方案442

6.3 进程通信机制442

6.3.1 消息传递机制：消息队列、管道和有名管道(FIFO)、RPC、套接字、门442

6.3.2 共享内存443

6.4 死锁和饥饿443

6.5 进程通信实例分析444

6.5.1 UNIX进程通信444

6.5.2 Linux进程通信451

6.5.3 Windows 2000/NT进程通信455

6.6 各种IPC机制的等价性、比较和总结457

习题458

第七章 分布式、网络、并行和嵌入式操作系统461

7.1 分布式系统概述462

7.2 并行操作系统464

7.3 网络操作系统466

7.4 分布式操作系统467

7.4.1 透明性468

7.4.2 可靠性468

7.4.3 高性能469

7.4.4 伸缩性470

7.5 分布式文件系统471

7.6 机群与网格操作系统473

7.7 嵌入式操作系统475

习题476

第八章 性能与设计477

8.1 性能477

8.1.1 性能和性能指标总述477

8.1.2 可扩充性、可移植性、兼容性478

8.1.3 安全性480

8.1.4 可靠性和RAS技术481

8.2 操作系统结构设计482

8.2.1 单体结构模型483

8.2.2 层次结构模型483

8.2.3 客户/服务器模型与微核结构483

8.2.4 策略与机制的分离485

8.2.5 面向对象方法和模型485

8.2.6 面向对象模型实例分析：NT面向对象模型实现486

8.3 操作系统的用户界面设计490

习题491

参考文献492